А-бомба - А Иойрыш

Вернувшись в Берлин, Ган проделал те же опыты.

Немало великих открытий в истории науки кажутся случайными, и, действительно, они нередко были следствием счастливого стечения обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало "счастья без заслуг".

Ган и Штрассман облучили уран нейтронами и тщательно проверили результаты И. Кюри. И, несмотря на то что Ган долго не соглашался с этими результатами, ему в конце концов пришлось признать: И. Кюри права. Да, там был лантан, а в числе продуктов распада урана оказался еще и сосед лантана барий. В книге "Искусственные элементы", вышедшей в 1948 г., О. Ган писал: "Осенью 1938 г. мы - Штрассман и я, - основываясь на опытах Кюри и Савича, пришли к удивительным результатам. Мы выделили три щелочных металла, которые вначале приняли за искусственные изотопы радия. Уже одно это было бы достойно удивления, потому что радий с зарядом ядра 88 вовсе не является близким соседом урана. Но результаты оказались еще непонятнее. Ни одним из известных методов разделения радия и бария, нам не удалось отделить наши "изотопы радия"... Контрольные опыты, в которых мы смешивали свои искусственные "изотопы радия" с его природными изотопами, а потом их разделяли, наконец разрешили проблему. Природный радий удалось отделить от бария, а искусственные "изотопы радия" - нет. Таким образом мы пришли к выводу, что щелочноземельный элемент, образующийся при воздействии нейтронов на уран, - не радий, а барий. Это был совершенно неожиданный результат...".

Результат для химиков был бесспорным, а для физиков необъяснимым. Снова загадка, и снова пришлось признать, что И. Кюри права. Ган и Штрассман отправили в научный журнал заметку, в которой писали: "Как химики, мы принуждены определенно заявить, что новые вещества (подразумеваются продукты деления урана. - Авт.) ведут себя не как радий, а как барий". Это сообщение, опубликованное 6 января 1939 г., заинтересовало ученых.

Ган и Штрассман недоумевали, обнаружив странный, но бесспорный факт, и не отважились допустить мысль, что открыли новый физический процесс, связанный с освобождением громадной энергии. Результаты этих опытов были объяснены другими учеными.

У Гана более 30 лет в качестве ассистентки работала австрийка Л. Мейтнер, которую Эйнштейн называл "наша мадам Кюри". Будучи "неарийского" происхождения, она в конце 30-х годов вынуждена была эмигрировать из Германии в Голландию, а оттуда переехала в Стокгольм. В то время она уже была известным ученым. С ее мнением считались многие. Совершенно растерянный Ган написал ей о своей и Штрассмана, как, ему казалось, неудаче.

Письмо Гана очень заинтересовало Мейтнер. Она знала своего профессора как великого мастера в области химии, поэтому нисколько не сомневалась в точности его экспериментов. Мейтнер все время думала о письме. Действительно, в чем загадка? Уран находится в конце таблицы Менделеева, барий и лантан - в середине. Заряд и масса ядра бария или лантана в сумме составляют примерно половину заряда и массы ядра урана. В облученном нейтронами уране получаются элементы, имеющие примерно вдвое меньший атомный вес, чем уран.

И у Мейтнер мелькает смутная догадка: а что если ядро урана, захватив нейтрон, стало неустойчивым и развалилось, разделилось почти пополам? Продукты этого деления - ядра новых элементов. Вместе со своим племянником физиком О. Фришем, работающим у Н. Бора, она обсуждает эту проблему.

Аналогия с делением клеток в биологии позволила им ввести термин "деление ядер" и помогла представить картину деления ядра урана: заряд урана достаточно велик, чтобы нейтрализовать поверхностное натяжение. Становилось все яснее, что ядро урана представляет собой нестабильное образование, готовое разделиться при малейшем возбуждении.

Возникла новая идея: если возможен процесс распада, при котором появляются новые элементы, стоящие в таблице Менделеева далеко от распавшегося, то можно предположить, что при этом должна выделиться огромная энергия. Откуда же появится такая энергия?

При делении ядра урана, рассуждала Мейтнер, его части оказываются в сумме легче исходного ядра на одну пятую массы протона. Расчет по формуле Эйнштейна дал ответ. Умножив потерянную одну пятую массы протона на скорость света в квадрате, они получили примерно 200 млн. эдектроновольт. Электроновольт - единица энергии, соответствующая энергии одного электрона, ускоренного электрическим напряжением в один вольт.

- В этом заложен источник энергии, - сказал Фриш. - Все сошлось.

Фриш проверил свою догадку экспериментальным путем в Копенгагене. Мейтнер продолжала расчеты. Оба они, понимая, что стоят на пороге грандиозного открытия, даже не тратили времени на поездки, а получаемые результаты обсуждали в письмах, телеграммах и по телефону.

Когда Фриш рассказал своему учителю Н. Бору о работе Гана и о выводах, к которым пришли он и Мейтнер, Бор ударил себя по лбу и воскликнул:

- Какими мы все были слепцами. Но ведь это замечательно! Именно так и должно быть!

Бор сразу понял, что Мейтнер и Фриш дали опытам Гана смелое истолкование. Он очень интересовался их работой и следил за ней.

В январе 1939 г. Бор ненадолго отправился в США, уже понимая, какое огромное событие произошло в мире. Весть, привезенная в Америку Бором, взволновала физиков.

Отто Роберт Фриш так описал в 1955 г. события конца 1938 г.: Когда я на рождество посетил Лизи Мейтнер в Швеции (недалеко от Гётеборга), она показала мне письмо, или корректуру, где излагалось открытие Гана Штрассмана, После долгой дискуссии мы убедились, что расщепление ядра урана на две приблизительно одинаковые части совместимо с капельной моделью Бора. Нам удалось показать, что этот процесс должен проходить при выделении огромного количества энергии. После моего возвращения в Копенгаген я рассказал Нильсу Бору об открытии Гана - Штрассмана и о нашем толковании. Через несколько дней после этого Бор поехал в Америку, и когда в конце января туда поступил журнал "Натурвиссеншафтен" с работой Гана - Штрассмана, Бор на заседании Американского физического общества доложил о нашем толковании. Некоторые физики тотчас же покинули заседание и через несколько часов могли экспериментально доказать предсказанное выделение энергии.

Через несколько дней Э. Ферми повторил опыты немецких ученых и подтвердил догадку о многообещающем делении ядер урана. А тем временем во Франции, в Париже, бомбардируя нейтронами уран, совершенно независимо то же сделал Ф. Жолио-Кюри.

Согласовав текст по телефону, Фриш и Мейтнер отправили письмо в редакцию английского научного журнала "Нейчур". Их заметка "Распад урана под воздействием нейтронов: новый вид ядерной реакции" поступила в журнал 16 января и была опубликована 18 февраля 1939 г. 30 января того же года в "Труды Парижской академии наук" была представлена статья Ф. Жолио-Кюри "Экспериментальное доказательство взрывного распада ядер урана и тория под воздействием нейтронов".

Отослав заметку в журнал "Нейчур", Фриш в тот же день написал матери, с которой привык делиться всеми важными событиями в жизни:

"Ощущение у меня такое, будто я, пробираясь сквозь джунгли, поймал за хвост слона и теперь не знаю, что с ним делать".

В этот же период два советских ученых - Г. Н. Флёров и К. А. Петржак открыли явление самопроизвольного (спонтанного) распада урана. Интересно, что Флёров и Петржак в первом же сообщении о сделанном ими открытии отметили: "Мы приносим искреннюю благодарность за руководство работой профессору И. В. Курчатову, наметившему все основные контрольные эксперименты и принимавшему самоё непосредственное участие в обсуждении результатов исследований".

Э. Ферми и Л. Сциларду понадобилось всего несколько недель, чтобы окончательно установить следующие чрезвычайно важные положения. Атом урана можно расщепить на две части; при этом освобождается огромное количество энергии; в процессе расщепления выделяются нейтроны, которые, в свою очередь, могут расщепить другие атомы урана и вызвать цепную ядерную реакцию.

Бор, находившийся в США с января по май 1939 г., много сделал в этот период для быстрой разработки теории, которая впоследствии привела к доказательству особой способности урана-235 и плутония к расщеплению. Его работы положили начало интенсивной разработке вопросов ядерной энергетики.

В энергетическом отношении ядерные реакции могут быть невыгодными, если для их осуществления необходимы затраты энергии, и выгодными, если выделяется значительное количество энергии. При делении ядра урана продукты деления обладают меньшей внутренней энергией, чем первоначальное ядро; вследствие этого продукты деления (осколки) приобретают большую кинетическую энергию (т. е. энергию движения), которая в конечном счете превращается в тепло. Однако при единичных актах деления эта выделенная энергия будет все же незаметной. Нельзя получить особого выигрыша, даже если усиливать поток нейтронов, облучающих уран. Необходимо, чтобы реакция дальше шла самостоятельно. И это оказалось для урана возможным именно потому, что при делении каждого ядра урана получаются новые нейтроны: надо было только обеспечить необходимые условия, чтобы эти нейтроны в свою очередь, могли вызывать деление других ядер урана, т. е. чтобы ядерная реакция стала цепной.